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文檔簡介
1、BUCK電路電感選擇和計算電感參數 當導線內通過交流電流時,在導線的內部及其周圍產生交變磁通,導線的磁通量與產生此磁通的電流成正比。當電感中通過直流電流時,其周圍只呈現固定的磁力線,不隨時間而變化;可是當在線圈中通過交流電流時,其周圍將呈現出隨時間而變化的磁力線。根據法拉弟電磁感應定律來分析,電感則是電流通過線圈產生的磁通量儲存在鐵心中存儲能量(=LI),當通過線圈的電流愈大時磁通量也相對愈大,即代表儲存的能量越大。如圖1 中,開關導通時間段,電感L內的電流逐漸增加,當導通結束后,進入截止時間段,這時候由于L內的電流達到最大值,電感中的電流不能突變,所以,繼續有電流流過,當截止時間結束后,電感
2、中的電流達到最小值,重新開始新的周期。電感就是通過這種在周期中的導通時間,將能量儲存在磁場內,并在斷開時將所儲存的能量提供給負載來工作。圖1.電感在DC-DC Buck 電路中的應用,工作在連續電流模式下。電感兩端的電壓可以突變但電流不會突變。由于電感中變化磁場會對周邊產生電磁輻射,對周邊敏感組件產生干擾,因此屏蔽是首先需要考慮的,屏蔽的電感最主要就對外輻射少,但是尺寸比較大,價格也貴。非屏蔽的電感則可以做的很小,電流也可以做的很大,價格也便宜。如果設計中問題輻射是關鍵因素,屏蔽電感還是首選。當電流流過時,電感的溫度會上升,交流紋波(AC ripple)會導致磁芯損耗,而直流電流會導致感應系數
3、下降。穩態狀況下直流電流Irms 引起電感溫度上升20-40 攝氏度,這也是電感功耗的主要參考。另外,也有將Irms 歸類成輸出電流或開關模塊的平均電流。功耗有兩部分組成,已是由Irms 部分計算的直流損耗P=I2R和AC紋波電流引起的磁芯損耗。電感選擇示例buck 轉換電路為例說明濾波電感的設計方法。這是常用的降壓調節電路,以提供穩定和高效的輸出電壓。在變換電路中,設有LC 濾波電路,濾波電感中的電流含有一個直流成分和一個周期性變化的脈動成分。電感L 的作用是濾除斬波開關輸出電流中的脈動成分,以減小紋波,也可以看成是續流用的,當開關斷開的時候,電感、負載、續流二極管就組成了回路。從濾波效果方
4、面考慮,電感量越大,效果越明顯。但是,如果電感量過大,會使濾波器的電磁時間常數變得很大,使得輸出電壓對占空比變化的響應速度變慢,從而影響整個系統的快速性。一味地追求減小輸出電壓的紋波成分是不可取的。所以在設計電感參數時應從減小紋波和保持一定的快速性兩個方面去考慮。此電路要求的相關參數如下:Vin=8-12V;Vo=5V;Io=0. 5-2A;fswitch=250kHz。電路工作在連續電流模式(CCM)下,即在各個工作狀態下,電感中電流大于0A?,F在根據以上參數,可以算出所需電感的參數:磁芯材料和相應的參數1. 計算電路中開關的周期:=1/f=1/250 kHz=4s2. 計算電路中開關的占空
5、比:min=Vo/Vin(max)=5V/ 12V=0.43. 計算開關導通時間Ton:Ton=xmin=4s×0.4=1.6s4. 計算電感的紋波電流dI,一般不超過最大輸出電流的30%: dI=Io×0.3=2A×0.3=0.6A5. 計算電感兩端的電壓V:V=Vin(max)-Vout- Vdiode=12V-5V-1V=6V6. 計算最小的感應系數,由V=LdI/dt 得出:LminVdt/ dI=6V×1.6s/0.6 A=16H7. 計算考慮誤差的感應系數,考慮到與標準之間20%的偏差和在額定電流下會有10-35降幅:L=16H/(0.8×0.65)=31H電流大了,磁心將進入磁化曲線的飽和區,磁導率下降,故電感量下降。8. 計算峰值電流Ipeak:Ipeak=Io(max)+dI/2=2A+0.6A/2=2.3A電感的結構包括磁芯的尺寸、材料、繞組的匝數、導線的直徑等內容。電感量越大說明相應的匝數也會增多,磁芯的體積就要大一些;電流越大,說明采用的導線就越粗,也要求磁芯的體積增大?,F在關于電感的所有參數都計算出來了,接下來就需要根據參數挑選合適的電感。根據電感目錄對照可以很方便找出合適的電感。以下也給出
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